沈 彤，王麗英，林松毅

(吉林大學(xué)營養(yǎng)與功能食品研究室，吉林長春130062)

中國是雜糧雜豆的主產(chǎn)國之一，素有“小雜糧王國”之稱。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2000年雜糧加工企業(yè)不到2000家，2007年全國雜糧加工企業(yè)已發(fā)展到4000多家，年產(chǎn)銷量達(dá)700萬t以上［1］。雜糧雜豆富含各種生理活性成分，充分利用這種資源開發(fā)各種功能性食品與保健品是雜糧開發(fā)的一個(gè)重要方向。傳統(tǒng)的雜糧食品吃法繁雜，口感欠佳，導(dǎo)致大部分人望而卻步。如何將雜糧進(jìn)行深加工，制作出營養(yǎng)又美味的雜糧食品，是雜糧進(jìn)行普及消費(fèi)的關(guān)鍵［2-3］。常用的感官評價(jià)易受人為因素的影響，無法確保評價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性，采用質(zhì)構(gòu)分析儀，可對食品品質(zhì)進(jìn)行科學(xué)的品質(zhì)評價(jià)，測定結(jié)果有較高的靈敏度和客觀性，并可對結(jié)果進(jìn)行準(zhǔn)確的量化處理，從而避免人為因素對食品品質(zhì)評價(jià)結(jié)果的主觀影響，對面制品進(jìn)行測試并給予客觀全面的評價(jià)［4-5］。本文選用具有代表性的雜糧雜豆為原料，借助響應(yīng)面設(shè)計(jì)Box-Behnken方法，以市售高筋粉輔以玉米、大豆、大麥、燕麥、蕎麥、小米、黃米、黑米、高粱、綠豆、紅小豆11種雜糧雜豆所組成的3個(gè)配方，重點(diǎn)分析了制備面團(tuán)的硬度、回復(fù)性、膠著性、咀嚼性4個(gè)物性指標(biāo)的變化情況，為解決雜糧雜豆食品的開發(fā)中面團(tuán)制備共性關(guān)鍵技術(shù)奠定研究基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

玉米、大豆、大麥、燕麥、蕎麥、小米、黃米、黑米、高粱、綠豆、紅小豆、高筋粉 北顯糧油公司，采購于歐亞超市。

CT3質(zhì)構(gòu)儀 Brookfield Engineering Labs;電子分析天平 北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 物性指標(biāo)檢測方法 采用CT3質(zhì)構(gòu)儀對面團(tuán)進(jìn)行檢測，將面團(tuán)切成25mm厚的立方體，采用圓柱型探頭TA5，樣品表面和邊緣應(yīng)去除，確保表面和底面平整。其中質(zhì)構(gòu)儀的參數(shù)設(shè)定如下［6-11］:目標(biāo)類型:距離，目標(biāo)值:10mm，出發(fā)點(diǎn)負(fù)載:5g，測試速度:1mm/s，探頭:TA5，夾具:TA-DSE。

1.2.2 三個(gè)基本配方設(shè)計(jì) 按照食品營養(yǎng)學(xué)的基本原理，以市售玉米、大豆、大麥、燕麥、蕎麥、小米、黃米、黑米、高粱、綠豆、紅小豆11種雜糧雜豆為主要原料，借助Excel軟件線性規(guī)劃方法，以營養(yǎng)素含量為設(shè)計(jì)衡量指標(biāo)，設(shè)定能量、蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物、膳食纖維、鈣、鐵和鋅含量8個(gè)限制性條件設(shè)計(jì)得到3個(gè)雜糧雜豆?fàn)I養(yǎng)配方如下所示［12］:配方1:玉米6.8%，小米 81.4%，綠豆 9.8%;配方 2:大豆13.7%，黃米 83.3%;配方 3:燕麥 22.6%，大麥72.2%，綠豆3.2%。

1.2.3 雜糧雜豆添加量對面團(tuán)物性指標(biāo)的影響 按照配方1、配方2、配方3要求，混合各種雜糧雜豆后，粉碎過篩至200目。然后限定實(shí)驗(yàn)條件為:加水量為40%(按照總物料的重量計(jì)算)，加水溫度40℃，考察高筋粉與組合配方輔料的配比依次為 0∶1、0.5∶1、1∶1、1.5∶1不同情況制備面團(tuán)，并分別測定三個(gè)雜糧雜豆配方的不同添加量對制備面團(tuán)的硬度、回復(fù)性、膠著性、咀嚼性四個(gè)物性指標(biāo)的影響情況進(jìn)行匯總分析。

1.2.4 響應(yīng)面(RSM)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案 根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)和單因素的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選取面粉配料比、加水量、加水溫度三個(gè)因素為主要實(shí)驗(yàn)變量，以硬度、回復(fù)性、膠著性、咀嚼性4個(gè)物性指標(biāo)的綜合數(shù)據(jù)信息為衡量指標(biāo)，借助響應(yīng)面設(shè)計(jì)Box-Behnken方法［13］，將各因素按其水平及取值范圍進(jìn)行編碼，如表1所示。

1.2.5 樣品的綜合評分法 為了綜合硬度、回復(fù)性、膠著性、咀嚼性4個(gè)物性指標(biāo)的數(shù)據(jù)信息［11-12］，確定加權(quán)系數(shù)均為0.25，并按照公式計(jì)算樣品的綜合指標(biāo)。

綜合指標(biāo) =(硬度/最高硬度)×0.25+(回復(fù)性/最高回復(fù)性)×0.25+(膠著性/最高膠著性)×0.25+(咀嚼性/最高咀嚼性)×0.25

1.2.6 數(shù)據(jù)分析方法 為了降低實(shí)驗(yàn)誤差，采用3次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，以±SD方式標(biāo)注實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果，并利用SPSS 13.0 軟件(SPSS Inc.，Chicago，IL，USA)進(jìn)行差異的顯著性分析(α=0.05)。

表1 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)因素水平表Table 1 Factors and levels of response surface experiment

2 結(jié)果與分析

2.1 雜糧雜豆添加量對面團(tuán)物性指標(biāo)的影響

雜糧雜豆添加量對面團(tuán)硬度的影響情況如圖1所示，當(dāng)面團(tuán)完全由雜糧雜豆配料組成時(shí)，此時(shí)面團(tuán)的硬度很大，根本無法被進(jìn)一步加工成型，所以必須加入適當(dāng)比例的面粉;但隨著面粉添加比例的增加，面團(tuán)硬度呈明顯的下降趨勢，且硬度隨面粉添加比例的增加而呈現(xiàn)出比較均勻下降趨勢。當(dāng)面粉添加比例增加到1.5∶1時(shí)，3個(gè)配方的面團(tuán)硬度達(dá)到最小。當(dāng)面粉添加比例在0∶1～1.5∶1范圍內(nèi)，配方3的面團(tuán)硬度高于其他2個(gè)配方。雜糧雜豆添加量對面團(tuán)回復(fù)性的影響情況如圖2所示，隨著面粉添加比例的增加，面團(tuán)的回復(fù)性在不斷上升，但當(dāng)配比增至0.5∶1后，隨著面粉添加比率的增加，面團(tuán)的回復(fù)性無明顯地上升。面粉添加比例在0∶1～1.5∶1范圍內(nèi)，配方3的回復(fù)性高于配方2和配方1。雜糧雜豆添加量對面團(tuán)膠著性的影響情況如圖3所示，當(dāng)面粉添加比例增加時(shí)，面團(tuán)的膠著性總體呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢。當(dāng)面粉配料比為0.5∶1時(shí)，配方1和配方2的膠著性達(dá)到最大值。面粉配料比為1∶1時(shí)，配方3的膠著性最大。所以，就膠著性考慮，配比為0.5∶1～1∶1為一個(gè)合適的比例范圍。雜糧雜豆添加量對面團(tuán)咀嚼性的影響情況如圖4所示，隨著面粉添加比例的增加，面團(tuán)的咀嚼性先增加后下降。當(dāng)面粉配料比為0.5∶1時(shí)，配方1和配方2的咀嚼性達(dá)到最大值。配方3的咀嚼性在面粉配料比為1∶1時(shí)達(dá)到最大。

圖1 雜糧雜豆添加量對面團(tuán)的硬度的影響Fig.1 Effect of the dose of grains and beans on the hardness of dough

圖2 雜糧雜豆添加量對面團(tuán)的回復(fù)性的影響Fig.2 Effect of the dose of grains and beans on the resilience of dough

圖3 雜糧雜豆添加量對面團(tuán)的膠著性的影響Fig.3 Effect of the dose of grains and beans on the gumminess of dough

圖4 雜糧雜豆添加量對面團(tuán)的咀嚼性的影響Fig.4 Effect of the dose of grains and beans on the gumminess of dough

2.2 響應(yīng)面設(shè)計(jì)的結(jié)果與分析

2.2.1 回歸模型的建立及顯著性檢驗(yàn) 利用Design Expert軟件，對面粉配料比、加水量、加水溫度進(jìn)行了三因素三水平的響應(yīng)面分析實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果見表2。

表3 三個(gè)配方的回歸模型方差分析Table 3 Results of variance of regression model

配方1的響應(yīng)面分析回歸方程為:

Y1=-11.02866+1.58408X1+0.40397X2+0.07845X3-0.03631X1X2+0.00447X1X3-0.00027X2X3-0.06829X12-0.00393X22-0.00089X32

配方2的響應(yīng)面分析回歸方程為:

Y2=1.01738-0.00203X1-0.04966X2+0.02851X3+0.00186X1X2+0.01000X1X3+0.00071X2X3-0.23528X12+0.00019X22-0.00091X32

配方3的響應(yīng)面分析回歸方程為:

Y3=-6.17619+0.80586X1+0.24236X2+0.05839X3-0.00497X1X2-0.00531X1X3+0.00020X2X3-0.17876X12-0.00287X22-0.00078X32

2.2.2 回歸模型的顯著性檢驗(yàn) 響應(yīng)面設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行擬合的二次模型方差分析見表3所示:配方1的總回歸方程F檢驗(yàn)p＜0.01，達(dá)到極顯著水平，且不失擬，說明該模型與實(shí)際實(shí)驗(yàn)擬合很好;各因素對綜合指標(biāo)的影響大小順序?yàn)?加水量＞加水溫度＞面粉配料比;回歸模型的決定系數(shù)R2為0.97300，即該模型可以解釋97.30%的變化。配方2的總回歸方程F檢驗(yàn)p＜0.05，達(dá)到顯著水平，且不失擬，說明該模型與實(shí)際實(shí)驗(yàn)擬合較好;從回歸方程中可以看出，各因素對綜合指標(biāo)的影響大小順序?yàn)?加水溫度＞加水量＞面粉配料比;回歸模型的決定系數(shù) R2為0.90551，即該模型可以解釋90.55%的變化。配方3的總回歸方程F檢驗(yàn)p＜0.05，達(dá)到顯著水平，但模型失擬;各因素對綜合指標(biāo)的影響大小順序?yàn)?加水量＞加水溫度＞面粉配料比;回歸模型的決定系數(shù)R2為0.90768，即該模型可以解釋90.76%的變化。

表2 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 2 Results of response surface experiment

2.2.3 響應(yīng)面圖譜分析 根據(jù)回歸分析結(jié)果，將建立的回歸模型中的任一因素固定在零水平，得到另兩個(gè)因素的交互影響結(jié)果，作出二次回歸方程的響應(yīng)面圖以及它們相應(yīng)的等高線圖，如圖5(A～I(xiàn))所示。配方1的響應(yīng)圖譜如圖5(A～C)所示:加水量對配方1綜合指標(biāo)值的影響最大，其次為加水溫度，而面粉配料比的影響最小;配方2的響應(yīng)圖譜如圖5(D～F)所示:加水溫度對配方2綜合指標(biāo)值的影響最大，其次為加水量，而面粉配料比的影響最小;配方3的響應(yīng)圖譜如圖5(G～I(xiàn))所示:加水量對配方3綜合指標(biāo)值的影響最大，其次為加水溫度，而面粉配料比的影響最小。

2.2.4 三個(gè)配方的優(yōu)化與驗(yàn)證 對于配方1的綜合指標(biāo)Y1，優(yōu)選出最佳參數(shù)為:面粉配料比為1.08∶1，加水量為42.58%，加水溫度為38.92℃，預(yù)期值為0.556482;驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)條件為面粉配料比為1.08∶1，加水量為42.6%，加水溫度為39℃，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)平均響應(yīng)值為0.469121，與預(yù)測值相符度為98.15%。

對于配方2的綜合指標(biāo)Y2，優(yōu)選出最佳參數(shù)為:面粉配料比為0.92∶1，加水量為40%，加水溫度為36.15℃，預(yù)期值為0.395671;驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)條件為面粉配料比為0.92∶1，加水量為40%，加水溫度為36℃，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)平均響應(yīng)值為0.382640，與預(yù)測值相符度為96.71%。

對于配方3的綜合指標(biāo)Y3，優(yōu)選出最佳參數(shù)為:面粉配料比為0.5∶1，加水量為48%，加水溫度為37.77℃，預(yù)期值為0.477964;驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)條件為面粉配料比為0.5∶1，加水量為48%，加水溫度為38℃，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)平均響應(yīng)值為 0.546933，與預(yù)測值相符度為98.28%。

圖5 三個(gè)配方的響應(yīng)面圖譜Fig.5 Graphs of response surface of three formula

3 結(jié)論

本文是采用質(zhì)構(gòu)儀檢測技術(shù)，對比分析了以市售高筋粉輔以玉米、大豆、大麥、燕麥、蕎麥、小米、黃米、黑米、高粱、綠豆、紅小豆11種雜糧雜豆所組成的3個(gè)配方中的雜糧雜豆添加量對面團(tuán)的硬度、回復(fù)性、膠著性、咀嚼性4個(gè)物性指標(biāo)的影響情況，并借助響應(yīng)面設(shè)計(jì)Box-Behnken方法，優(yōu)選出配方1最佳參數(shù)為面粉配料比為1.08∶1，加水量為42.58%，加水溫度為38.92℃，預(yù)期值為0.556482;驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)平均響應(yīng)值為0.469121，與預(yù)測值相符度為98.15%;優(yōu)選出配方2最佳參數(shù)為面粉配料比為0.92∶1，加水量為40%，加水溫度為36.15℃，預(yù)期值為0.395671;驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)平均響應(yīng)值為0.382640，與預(yù)測值相符度為96.71%;優(yōu)選出配方3最佳參數(shù)為面粉配料比為0.5∶1，加水量為48%，加水溫度為37.77℃，預(yù)期值為0.477964;驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)平均響應(yīng)值為0.546933，與預(yù)測值相符度為98.28%。本研究結(jié)果可為后期雜糧雜豆食品開發(fā)奠定技術(shù)研究基礎(chǔ)。

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